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Ingeniería hidráulica en México, vol. XXIV, núm. 2, pp. 139-146, abril-junio de 2009
Nota técnica
La importancia de la composición del cemento portland
en la mitigación del biodeterioro en la infraestructura
hidráulica de concreto
María Eugenia Lara-Magaña
Universidad Autónoma del Estado de Morelos, México
Xiangyue Li-Liu
Luis Emilio Rendón-Díaz-Mirón
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
El biodeterioro que se presenta en los sistemas de drenaje de concreto se define como el
estropicio causado a la infraestructura de ese material por la actividad microbiana y los productos
del metabolismo microbiológicos, principalmente ácido sulfúrico, por lo que también es conocida
como corrosión ácida. En Canadá y la parte norte de Estados Unidos, este tipo de fallas en
los sistemas de drenaje por corrosión-ácida no son tan frecuentes. Ciudades como Boston,
Edmonton, Montreal y Nueva York han reportado (al menos en los diarios o en la literatura comercial)
varios casos de corrosión en concreto. Sin embargo, en la parte sur de los Estados Unidos, el
rápido deterioro de la infraestructura para el manejo de agua residual está causando problemas
serios y caros de resolver. En la frontera México-americana, con una población combinada de
más de 15 millones de habitantes, la problemática es particularmente alarmante. Por ello, en
este trabajo se expone el diagnóstico de este tipo de biodeterioro del concreto en la ciudad de
Reynosa, Tamaulipas, México, y se dan algunas recomendaciones para mitigarlo, siendo la más
importante revisar la norma mexicana de cemento tipo portland (ONNCCE, 2004), que no toma en
consideración la variable “biodeterioro del concreto” ni su mecanismo.
Palabras clave: biodeterioro de concreto, corrosión microbiológicamente inducida de
concreto, corrosión en drenaje, composición de cemento portland, norma mexicana del cemento
portland.
Introducción
En Canadá y la parte norte de Estados Unidos, las fallas
en los sistemas de drenaje por corrosión-ácida no son tan
frecuentes; ciudades como Boston, Edmonton, Montreal
y Nueva York han reportado (al menos en los diarios
o en la literatura comercial) varios casos de corrosión
del concreto. Sin embargo, en la parte sur de Estados
Unidos, el rápido deterioro de la infraestructura para el
manejo de agua residual presenta problemas serios y
caros de resolver. En la frontera México-americana, este
tipo de biodeterioro está afectando la infraestructura
hidráulica en casi todas las ciudades que se localizan en
el corredor del río Bravo.
Según lo establecido por los tratados de 1848 y
1853, el límite internacional entre los Estados Unidos y
México sigue el centro del Río Grande o Bravo desde su
desembocadura en el Golfo de México, recorriendo una
distancia de 2 019 kilómetros (1 254 millas) hasta un punto
cercano, aguas-arriba de El Paso, Texas, y de Ciudad
Juárez, Chihuahua. La región, denominada corredor
del río Bravo a lo largo de la frontera, caracterizada
por desiertos, montañas rugosas y abundante sol,
tiene dos importantes ríos: el propio río Bravo y el río
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Lara-Magaña, M.E. et al., La importancia de la composición del cemento portland en la mitigación del biodeterioro en la infraestructura...
Colorado, que proporcionan, a lo largo de las riberas,
el agua que da vida a esta tierra árida, pero fértil. Dicha
región de la frontera está constituida por siete pares de
ciudades hermanas que se sostienen por la agricultura;
el comercio de las importaciones y exportaciones; el
servicio; el turismo, y en años recientes, por un sector en
vigoroso crecimiento de la industria de maquila.
La población de la frontera se estima, para 2010, en
una proyección alta en 14.9 millones y en una proyección
baja en 13.3 millones de habitantes (Peach y Williams,
2003). Cada ciudad ubicada a lo largo de la frontera
sufre las consecuencias económicas o salubres del
extendido biodeterioro ácido del concreto. Las fugas de
agua residual en los sistemas de drenaje constituyen
una importante pérdida del líquido vital, que muy bien
podría ser reutilizado en estas áreas tan intensamente
áridas. Las ciudades del lado estadounidense han
tomado previsiones para solucionar el problema, pero
las del lado mexicano han hecho menos esfuerzos para
resolverlo. Deben tomarse serias medidas, y reinvertir
en la renovación y el mantenimiento de la infraestructura
hidráulica de los sistemas de distribución de agua
subterránea y agua superficial, para mantener, al menos,
el paso en el crecimiento y las condiciones salubres
en las ciudades de ambos lados de la frontera. Se ve
claramente que, a largo plazo, la previsión para proveer
de agua a esta región tan árida no podrá ser separada
por la frontera política; será necesario tomar todo tipo
de medidas técnicas y políticas a lo largo de la frontera
México-americana, entre ellas, aumentar los parámetros
de calidad del concreto, para detener y controlar el
biodeterioro en su infraestructura hidráulica.
Biodeterioro del concreto
La corrosión que se presenta en los tubos de drenaje,
cárcamos, pozos de visita, canales, plantas de
tratamiento e infraestructura en general hechos de
concreto, se define como el estropicio causado a ese
material por la actividad microbiana y los productos del
metabolismo microbiológico, principalmente el ácido
sulfúrico. Es conocida también como corrosión ácida
o corrosión microbiológicamente inducida del concreto
(CMIC), uno de los problemas más serios con los que
nos enfrentamos hoy en día. No sólo es particularmente
costoso el reemplazo de la infraestructura hidráulica
cuando está en constante uso, sino que además su
reparación provoca un sinnúmero de molestias a la
sociedad, así como interrupciones en los servicios más
necesarios. Por lo tanto, es de la mayor trascendencia
encontrar maneras de controlar este tipo de biodeterioro
y fundamentalmente importante entender su causa y
140
mecanismo (Nica et al., 2000; Hernández et al., 2002;
Roberts et al., 2002).
La corrosión microbiológicamente inducida del
concreto se conoce desde 1945, cuando Parker la
descubrió y estudió de manera intensiva (Parker, 1945a,
1945b; 1947, 1951). Este biodeterioro es el resultado
final de una secuencia de procesos que involucra las
transformaciones bioquímicas de compuestos orgánicos
e inorgánicos de azufre por la acción de bacterias
aeróbicas y anaeróbicas. En la ilustración 1 se delimitan
tres áreas que representan los tres cambios importantes
del pH y disminución de masa que se dan durante el
proceso de corrosión del concreto. En la primera, la
reducción del pH se puede atribuir enteramente a un
efecto químico del sulfuro de hidrógeno:
CaSO4 + H2O
CaO + H2S (pH)↓ + 2O2 (gas)↑
(1)
En la segunda, los cambios paulatinos del pH son
provocados por una secuencia microbiana de organismos neutrófilos y acidófilos; finalmente, en la tercera
sección, altas concentraciones de Acidithiobacillus
thiooxidans son asociadas con pH de entre 0.5 y 1.0 en
la superficie del concreto, que termina por disolverse
(fenómeno estudiado por Rigdon y Beardsley, 1956;
Milde et al., 1983; Sand, 1987).
Cuando este fenómeno se presenta en los tubos
de albañal (ilustración 2), la parte sumergida del tubo
se encuentra típicamente cubierta de una biopelícula
(representada por una línea oscura, en el círculo de
lado izquierdo, mitad inferior) compuesta de un amplio
consorcio microbiano. Cuando el contenido de oxígeno
disuelto en el agua residual es menor a 0.1 (en mg.l-1),
en esta biopelícula se puede presentar un ambiente
anaerobio, que provee las condiciones necesarias para
Ilustración 1. Cambios en el pH y masa del concreto, al
efectuarse la sucesión microbiana.
MOSN = neutrofilos
MOSA = acidofilos
Masa del concreto
pH
Fase 1
Reducción
de pH
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MOSA
Fase 3
Corrosión activa
del concreto
MOSN
Fase 2
Sucesión biológica
Reducción de pH
Tiempo
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el crecimiento de las bacterias reductoras de sulfatos
(Diercks et al., 1991; Islander et al., 1991; Mori et al.,
1992). En los sedimentos del albañal se encuentran
disponibles diversos sulfatos; las bacterias reductoras
de sulfatos utilizan la energía liberada en estos procesos
de oxido-reducción del azufre, y transforman ácidos
orgánicos y alcoholes, producto de varios tipos de
procesos de fermentación anaeróbica, en aldehídos
y sulfuro de hidrógeno, con la concomitante reducción
de sulfatos a sulfuros (Smith, 1993). El sulfuro de
hidrógeno producido se difunde fuera de la biopelícula
y se disuelve en el cuerpo del agua que fluye en el
albañal, a las condiciones de pH de la mayoría de las
aguas residuales. El sulfuro de hidrógeno se disocia en
hidrosulfuro (HS-) y sulfuro de hidrógeno (H2S). Estos
productos, que se encuentran disueltos, se desprenden
rápidamente como gases a la atmósfera interior del tubo
y terminan por ser absorbidos por la biopelícula en la
parte seca de la corona interior del tubo (representada
por una línea negra, círculo derecho, parte superior en
la ilustración 2). Ahí, el gas (mezcla de HS- y H2S) puede
ser metabolizado hasta ácido sulfúrico (H2SO4) por las
bacterias oxidantes del azufre (Acidithiobacillus) (Cho y
Mori, 1995; Sydney et al., 1996; Davis et al., 1998):
H2S + 2HS- + 2O2
+ (Acidithiobacillus) H2SO4 (pH)↓ + 2H2S
Ilustración 3. Video del interior de un tubo de albañal
mostrando la corrosión.
Ilustración 4. Video de la corona interior de un tubo de albañal
mostrando la corrosión.
(2)
El ácido sulfúrico resultante es utilizado por la
bacteria para disolver el hidróxido de calcio [Ca(OH)2], el
carbonato de calcio (CaCO3) y aun parte del silicato de
calcio (Ca3SiO5) del concreto, lo que lleva a la corrosión
del tubo (ilustraciones 3 y 4).
El concreto, cuando es nuevo, tiene un pH relativamente alto, baja permeabilidad y sólo una pequeña parte
de sus poros son lo suficientemente grandes como para
ser penetrados por los microorganismos. Sin embargo,
sin importar qué tan pequeños sean los poros, no se
Ilustración 2. Mecanismo de corrosión en un tubo de albañal.
Thiobacilos
Ataque del
ácido al concreto
H2 S
H2 S
BRS
D.O<0.1 mg/l
H2S+O2=H2SO4
SO-24 HS H2S
BRS
puede impedir el paso de los compuestos que disuelven
el concreto (estos compuestos pueden estar constituidos
de diferentes tipos de ácidos politiónicos, aparte del
característico ácido sulfúrico). Tales ácidos penetran,
interconectan y agrandan los poros. Durante el proceso
de corrosión, el medio microbiano de la superficie
del concreto se difunde de manera tridimensional.
La estructura porosa del concreto permite que los
compuestos y los organismos se distribuyan a través del
volumen que se extiende bajo la superficie expuesta. De
manera similar, el sulfuro de hidrógeno en fase gaseosa
se disuelve en las áreas húmedas de la superficie del
tubo, penetra y se difunde dentro del concreto, ahora en
sus fases líquida y gaseosa.
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La subsiguiente oxidación microbiana proporciona
el impulso que contribuye a que el sulfuro de hidrógeno
penetre profundamente la estructura porosa y sea
transformado en ácido sulfúrico; este ácido sirve
de herramienta a las bacterias para neutralizar las
substancias alcalinas del concreto y propiciar su
disolución, permitiendo que el ácido mismo penetre
cada vez más adentro del cuerpo del concreto. Al mismo
tiempo, el producto de la solubilización es expulsado a
la superficie. Este producto expulsado, compuesto por
una mezcla de sales disueltas, se seca en el exterior y
es de apariencia espumosa. Es por esto que el concreto
corroído generalmente está cubierto por una capa
blanca esponjosa, constituida principalmente por sulfato
de calcio (ilustración 5).
De manera cíclica, en el interior del concreto, y con la
ayuda y formación de nuevas biopelículas, se establecen
rápidamente nuevos gradientes químicos dentro de
los poros. Cada vez, y con el tiempo, la disolución de
compuestos como carbonato de calcio, hidróxido de
calcio y aun silicato de calcio aumenta la porosidad,
acelerando así el proceso de corrosión del concreto y
permitiendo el libre paso de los microorganismos a su
interior, donde buscan activamente los minerales que
forman parte de la composición del cemento portland,
como el yeso (sulfato de calcio) y la ettringita (compuesto
que se forma durante el proceso de calcinación o
elaboración del clincker), y que estabiliza la presencia de
sulfatos y compuestos de azufre dentro de la estructura
final del propio cemento portland.
La producción de ácido sulfúrico es dominada
por miembros del género Thiobacillus thiooxidans,
recientemente reclasificado como Acidithiobacillus por
Kelly y Wood (2000). Ya en 1951, los trabajos de Parker
(1951) indicaban la importancia del Acidithiobacillus
Ilustración 5. Las bacterias en el concreto corroído producen
capas de CaSO4.
142
thioparus y del Acidithiobacillus thiooxidans. Investigadores del Departamento de Drenaje del municipio de
Hamburgo encontraron Acidithiobacillus thiooxidans,
Acidithiobacillus neapolitanus, Acidithiobacillus intermedius y Acidithiobacillus novellus en los productos de
corrosión de los tubos de drenaje (Sand y Bock, 1984).
Parte experimental
El Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) se
abocó al estudio de las causas, tratamiento y prevención
del fenómeno CMIC, como parte de las actividades
concernientes a la conservación de la infraestructura
hidráulica en el país, particularmente de los sistemas de
drenaje de las ciudades fronterizas.
En la ciudad fronteriza de Reynosa, Tamaulipas, se
tomó un video del interior de un drenaje cercano a la
zona industrial (ilustraciones 3 y 4). La corrosión interior
de los tubos estaba bastante avanzada; se podía ver
cómo el agregado ya había sido expuesto.
Se siguieron tres criterios para diagnosticar la CMIC
en drenajes:
a) La medición del pH.
b) La detección de bacterias neutrófilas del azufre en
los tubos.
c) La observación de depósitos de azufre elemental en
los pozos de visita de los drenajes.
De la corona interior de los tubos que presentaban
corrosión se recolectaron varias muestras en donde
abundaba la bacteria Acidithiobacillus. Fue incubado
a 45 °C y un pH de 2.5, en una solución de sales que
contenía (en g.l-1): (NH4)2SO4, 3.0; Na2SO4.10H2O, 3.2;
KCl, 0.1; K2HPO4, 0.05; MgSO4.7H2O, 0.5; Ca(NO3) 2,
0.01 y trazas de los siguientes elementos (en mg.l-1):
FeCl3.6H2O, 11.0; CuSO4.5H2O, 0.5; HBO3, 2.0; MnSO4.
H2O, 0.8; CoCl2.6H2O, 0.6 y ZnSO4.7H2O, 0.9. Como fuente
de energía se usó tetrathionato de potasio (5 mM K2S4O6;
Sigma, E.U.) o 0.5% (w/v) de azufre elemental (flores
de azufre; Riedel-de Haen, Seelze, producto alemán).
Los microorganismos fueron cultivados aeróbicamente
con aire enriquecido con CO2 (2%, v/v), y finalmente
recolectados en su última etapa de crecimiento (D440
entre 0.240 y 0.250) mediante centrifugación a 10 000
g y a 4 °C. Las células se lavaron dos veces con una
solución Buffer 50 mM fórmica, pH 3.0.
Se encontró que la corrosión se presenta cuando
el Acidithiobacillus está en concentraciones de 5.0 x
106 células/mg de proteína total. Además, se confirmó
la presencia de las cinco colonias características en
este tipo de biodeterioro. Dos de ellas fueron las más
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comúnmente encontradas, mismas que se describen y
listan a continuación:
1. Acidithiobacillus thioparus, bacteria móvil gramnegativa, con un flagelo polar. Las colonias son
circulares (1-2 mm de diámetro), usan tiosulfato
como fuente de energía, y bicarbonato y carbonato
como fuente de carbón, en vez de glucosa. También
crecen en caldo de tetrationato.
2. Acidithiobacillus novellus es gram-negativa, sin ser
móvil. Su morfología colonial fue pequeña en agar
con tiosulfato, brillante, redonda y de color claro.
Crece óptimamente a 28º C; pH entre 6 y 8. Como
fuente de nitrógeno fue usada una sal de amonio.
También crecieron en caldo de tetrationato.
Las muestras fueron recolectadas durante la
temporada de lluvia, de manera que es muy probable
que la mayor parte del ácido sulfúrico haya sido lavado
y, por tanto, Acidithiobacillus thioparus y novellus fueron
las colonias predominantes en estas condiciones
resultantes de pH (6.8); hecho previamente reconfirmado
por Karavaiko y Pivovarova (1973).
Los resultados (Rendón, 1999; Lara, 2004) confirman
tentativamente que este tipo de biodeterioro es el que
está destruyendo los drenajes de la ciudad de Reynosa.
Tal estropicio fue típico en casi todas las ciudades
ubicadas a lo largo del corredor del río Bravo.
Discusión, el cemento portland y el biodeterioro
En la actualidad, no se conoce material alguno que
permanezca completamente inerte ante los cambios
químicos o bioquímicos, y sea inmune al deterioro
físico. El concreto (mezcla de un cemento y agregados
pétreos) no es la excepción; bajo lo que pueden
considerarse condiciones normales de trabajo, el
concreto tiene una larga vida. Concreto hecho por
los romanos a partir de cementantes naturales está
trabajando y en excelentes condiciones después de
años de servicio.
Los principales factores que influyen en la durabilidad
del concreto son su resistencia a la compresión,
densidad, absorción, contenido y tipo de cemento
(composición del cemento), las características de los
agregados, la alcalinidad total, el espesor de la cubierta
de concreto sobre el refuerzo y los aditivos.
Para lograr el mejor comportamiento del cemento
portland, cuando se anticipa la exposición de los tubos
de concreto al deterioro característico de las aguas
residuales, se debe:
1. Utilizar cemento tipo SR, esto es, resistente al ataque
de los sulfatos (en la literatura comercial, el término
“sulfatos” no incluye el sulfuro de hidrógeno ni el
ácido sulfúrico y éstos jamás son mencionados).
2. Utilizar cemento con adiciones minerales que
tengan actividad puzolánica. Esto significa que los
productos de hidratación del cemento disminuyen.
Por ejemplo, las adiciones minerales fijan el óxido
de calcio (CaO) e impiden la formación del hidróxido
de calcio [Ca(OH)2] para obtener como producto
un silicato de calcio hidratado 3CaO.2SiO2.4H2O
(HCS):
2Ca3SiO5 + 7H2O 3CaO.2SiO2.4H2O
+ 3Ca(OH)2 + 173.6kJ
(3)
3Ca(OH)2 (portlandita )
+ puzolana cemento puzolánico (HCS)
(4)
Esto aumenta las características de resistencia, e
impermeabilidad del concreto, así como su durabilidad.
La actividad puzolánica impide la formación de la
portlandita [Ca(OH)2], que es más reactiva y tiene
menos resistencia y durabilidad. Cuando el mineral
agregado es calcita (CaCO3), no existe actividad
puzolánica; la portlandita [Ca(OH)2] persiste junto con
la calcita (CaCO3) y ambos compuestos son altamente
reactivos en caso de presentarse el biodeterioro ácido:
CaCO3 + Ca(OH)2 + 2H2SO4
+ CO2 + 3H2O
2CaSO4
(5)
3. Reducir la proporción agua-cemento a menos de
0.45% (una fracción de 1%) como máximo. Esto
reduce la permeabilidad del concreto y limita el
acceso de fluidos agresivos al interior de la masa.
La implementación de estas tres recomendaciones
requiere un entendimiento del comportamiento de
la pasta de cemento y de la microestructura que une
los agregados pétreos, su densidad (disminución de
porosidad) y el proceso de manufactura del concreto,
incluyendo el proceso de curado. La durabilidad de
los tubos de concreto depende de la combinación de
estos tres factores. Sin embargo, el “biodeterioro del
concreto” nos ha enseñado que aún queda mucho
por aprender y muchas áreas al respecto están sin
explorar. Toda información en la literatura concuerda
que la corrosión microbiológicamente inducida es un
tipo de biodeterioro ácido. Se necesita investigación
básica para determinar las críticas interacciones de
las bacterias autótrofas y heterótrofas asociadas con
este fenómeno, así como la cinética de la formación de
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Lara-Magaña, M.E. et al., La importancia de la composición del cemento portland en la mitigación del biodeterioro en la infraestructura...
ácido sulfúrico y su correspondiente aplicación en un
modelo práctico para entenderla y predecirla. También
es menester mencionar que en los Estados Unidos
se acostumbra activar las fosas sépticas con bacteria
anaerobia (que produce una coloración púrpura; ver
ilustraciones 5 y 6); es posible que ésta sea una de las
principales causas del biodeterioro en la frontera.
En 2004, el Organismo Nacional de Normalización
y Certificación de la Construcción y Edificación,
S.C., expidió la última revisión a la norma mexicana
de calidad NMX-C-414-ONNCCE-2004, en donde
se ignoró por completo la existencia de la variable
biodeterioro y se eliminaron las recomendaciones
generales para el uso del cemento portland, que en
la norma NMX-C-414-ONNCCE-1999 estaban como
Apéndice Informativo “Recomendación general para el
uso de los cementos”.
En dicho apéndice se expresaban una serie de
recomendaciones “relativamente” útiles al usuario
promedio del cemento portland. Este tipo de
recomendaciones han sido eliminadas en la nueva norma
ONNCCE-2004, en donde sólo aparece un apéndice
normativo: “Recomendación para la selección de los
cementos”, con consejos muy generales. Además, es
patente el hecho de que al elaborar esta norma, que
propone utilizar indistintamente el cemento ordinario, el
cemento puzolánico y el cemento compuesto —que la
norma considera similares y con las mismas propiedades
relativas a la resistencia al deterioro característico
de las aguas residuales— se ignoró por completo la
existencia de la variable biodeterioro, su mecanismo
y su más importante consecuencia: la corrosión
microbiológicamente inducida del concreto.
Ilustración 6. Un registro de drenaje altamente corroído en la
frontera.
Resultados
De acuerdo con el estudio de este fenómeno, en
los sistemas de drenaje de la ciudad de Reynosa, y
de acuerdo con los resultados obtenidos, se puede
considerar que este tipo de corrosión tan severa
(ilustraciones 3 y 4) es la principal causa de las fallas en
la infraestructura hidráulica.
En México no ha habido una respuesta apropiada a
este tipo de destrucción, y se duda que dicho biodeterioro sea la principal causa del rápido menoscabo de
la infraestructura para el manejo de aguas residuales
hecha de concreto. Como consecuencia, hasta ahora,
poco o nada se han tomado en consideración la variable
biodeterioro y su mecanismo.
Ratificamos los resultados de la investigación:
a) La información presentada aquí, aunada a una tesis
que está por publicarse, además de la experiencia
desplegada por otros países a través de múltiples
publicaciones, demuestra plenamente que este tipo
de biodeterioro ácido está ampliamente difundido,
en el sur de los Estados Unidos, en la república
mexicana, principalmente, en la frontera con los
Estados Unidos.
b) La corrosión microbiológicamente inducida del
concreto es sin lugar a dudas un hecho, un tipo
de estropicio que se ha estado presentando en
México durante mucho tiempo, sin que haya sido
correctamente diagnosticada.
c) Como corolario de esta investigación, en lo que
respecta a la composición del cemento portland
y del concreto que será utilizado en sistemas de
drenaje, la práctica de adicionar calcita molida
al cemento como material de relleno que no tiene
actividad puzolánica es altamente indeseable, ya
que la corrosión ácida destruirá este concreto con
relativa facilidad (ver ecuación (5)).
Recomendaciones
1. Recomendamos que la norma mexicana ONNCCE
(2004) sea revisada, tomando en consideración la
variable biodeterioro y su mecanismo, ya que las
indicaciones que esta norma emite para utilizar
indistintamente el cemento ordinario, el cemento
puzolánico y el cemento compuesto —que en
consecuencia la norma considera similares,
y con las mismas propiedades relativas a la
resistencia al deterioro característico de las aguas
residuales— no toma en cuenta la ineficacia
del cemento compuesto, que contiene grandes
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ingeniería hidráulica en méxico/abril-junio de 2009
Lara-Magaña, M.E. et al., La importancia de la composición del cemento portland en la mitigación del biodeterioro en la infraestructura...
cantidades de calcita, ante el ataque ácido de
origen microbiológico.
2. Recomendamos hacer un amplio y serio estudio y/o
trabajos de investigación, cuyo objetivo sea corroborar el comportamiento del cemento compuesto
ante la CMIC, la dimensión de esta problemática en
el país y cómo resolverla.
3. Recomendamos, entonces, que esta norma sea
revisada nuevamente o, al menos, que se emita una
advertencia al respecto.
Recibido: 05/02/2008
Aprobado: 19/11/2008
Referencias
CHO, K.S., and MORI, T. A newly isolated fungus participates
in the corrosion of concrete sewer pipe. Water Science and
Technology. Vol. 31, no. 7, 1995, pp. 263-271.
DAVIS, J., NICA, D., SHIELDS, K. and ROBERTS, D.J. Analysis
of concrete from corroded sewer pipe. International
Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 42, 1998, pp. 7584.
DIERCKS, M., SAND, W. and BOCK, E. Microbial corrosion of
concrete. Experentia. Vol. 47, 1991, pp. 514-516.
HERNÁNDEZ, M.T., MARCHAND, D.J., ROBERTS, D.J. and
PECCIA, J.L. In situ assessment of active Thiobacillus
species in corroding concrete sewers using fluorescent
RNA
probes.
International
Biodeterioration
and
Biodegradation. Vol. 49, 2002, pp. 271-276.
ISLANDER, R.L., DEVINNY, F., MANSFELD, A., POSTYN, A. and
SHIH, H. Microbial ecology of crown corrosion in sewers.
Journal of Environmental Engineering. Vol. 117, 1991, pp.
751-770.
KARAVAIKO, G.I. and PIVOVAROVA, T.A. Oxidation of elementary sulfur by Thiobacillus thiooxidans. Microbiologiya.
Leningrad. Vol. 42, no. 3, 1973, pp. 389-395.
KELLY, D.P. and WOOD, A.P. Reclassification of some
species of Thiobacillus to the newly designated genera
Acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen. nov.
and Thermithiobacillus gen. nov. International Journal of
Systematic and Evolutionary Microbiology. Vol. 50, 2000,
pp. 511-516.
LARA, M.E. Corrosión microbiológicamente inducida en
la tubería de concreto del drenaje urbano. PhD Tesis.
Cuernavaca, México: Universidad Autónoma del Estado
de Morelos (en proceso), 2004.
MILDE, K.W., SAND, W. and BOCK, E. Thiobacilli of the
corroded concrete walls of the Hamburg wewer system. J.
Gen. Microbiol. Vol. 129, 1983, pp. 1327-1333.
MORI, T., NONAKA, T., TAZAKI, K., KOGA, M., HIKOSAKA,
Y. and NODA, S. Interactions of nutrients, moisture, and
pH on microbial corrosion of concrete sewer pipe. Water
Resources. Vol. 26, 1992, pp. 29-37.
NICA, D., DICKEY, J., DAVIS, J., ZUO, G., and ROBERTS, D.J.
Isolation and characterization of sulfur oxidizing organisms
from corroded concrete in Houston sewers. International
Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 46, 2000, pp. 6168.
ONNCCE. Norma Mexicana (NMX-C-414-ONNCCE-2004).
Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de
la Federación el día 27 de julio de 2004. México, D.F.:
Organismo Nacional de Normalización y Certificación de
la Construcción y Edificación, S.C.
PARKER, C.D. The corrosion of concrete 1. The isolation of
a species of bacterium associated with the corrosion of
concrete exposed to atmospheres containing hydrogen
sulfide. Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. Vol. 23, 1945a, 81 pp.
PARKER, C.D. The corrosion of the concrete II. The function
of Thiobacillus concretivorus nov. spec. in the corrosion of
concrete exposed to atmospheres containing hydrogen
sulfide. Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. Vol. 23, 1945b, pp. 9198.
PARKER, C.D. Species of sulfur bacteria associated with the
corrosion of concrete. Nature. Vol. 159, no. 4039, 1947, pp.
439-440.
PARKER, C.D. Mechanisms of corrosion of concrete sewers by
hydrogen sulfide. Sewage lndustrial Wastes. Vol. 23, no.
12, 1951, pp. 1477-1485.
PEACH, J. and WILLIAMS, J. Population dynamics of the U.S.Mexican border region. Unpublished, forthcoming SCERP
monograph. San Diego: SCERP/SDSU Press [en línea]
http://wwwscerp.org/population.htm, 2003.
RENDÓN, L.E. Proyecto HC-9915 Diagnóstico de la corrosión
en los tubos de concreto en los sistemas de drenaje de las
ciudades de Reynosa y Torreón. Reporte interno. Jiutepec,
México: Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, 1999.
RIGDON, J.H. and BEARDSLEY, C.W. Corrosion of concrete by
autotrophs. Corrosion. Vol. 14, 1956, pp. 60-62.
ROBERTS, D.J., NICA, D., ZUO, G. and DAVIS, J. Quantifying
microbially induced deterioration of concrete: initial studies.
International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 49,
no. 4, 2002, pp. 227-234.
SAND, W. and BOCK, E. Concrete corrosion in the Hamburg
sewer system. Environmental Technology Letters. Vol. 5,
1984, pp. 517-528.
SAND, W. Importance of hydrogen sulfide, thiosufate, and
methylmercaptan for growth of Thiobacilli during simulation
of concrete corrosion. Appl. Microbiol. Vol. 53, no. 7, 1987,
pp. 1645-1648.
SMITH, D.W. Ecological actions of sulfate-reducing bacteria. In
The sulfate-reducing bacteria: contemporary perspectives.
Odom, J.M. and Singleton, R. (editors). New York: SpringerVerlag, 1993, pp. 161-188.
ingeniería hidráulica en méxico/abril-junio de 2009
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Lara-Magaña, M.E. et al., La importancia de la composición del cemento portland en la mitigación del biodeterioro en la infraestructura...
Abstract
LARA-MAGAÑA, M.E., LI-LIU, X. & RENDÓN-DÍAZ-MIRÓN, L.E. The importance of portland cement composition
in mitigating biodeterioration of concrete hydraulic infrastructure. Hydraulic engineering en Mexico (in Spanish).
Vol. XXIV, no. 2, April-June, 2009, pp. 139-146.
The biodeterioration of concrete is defined as the damage of hardened concrete by the byproducts of
microorganisms, such as sulfuric acid. Concrete biodetereoration has always been detectable in gravity sewer
pipes. In Canada and the northern part of the United States, sewer failures from sulfuric acid corrosion are not
very frequent, but in the southern part of the United States and Mexico, concrete biodetereoration is a serious
and expensive problem and is causing the rapid deterioration of sewage collection systems. The MexicanAmerican border, with a combined population of more than 15 million people, faces a common problem of
rapidly corroding sewer infrastructure and limited water reclamation options. We describe here the importance
of the composition of Portland cement as a mitigation measure of the concrete biodetereoration problem that
plagues almost every city along the U.S.-Mexico border.
Keywords: biodeterioration of concrete, microbiologically induced corrosion of concrete, drainage corrosion,
Portland cement composition, Mexican standard for portland cement.
Dirección institucional de los autores:
Dra. María Eugenia Lara-Magaña
Universidad Autónoma del Estado de Morelos
Avenida Universidad 1001
Colonia Chamilpa
62209 Cuernavaca, Morelos, México
teléfono: + (52) (777) 3297 000
marudecori@yahoo.com
Dr. Xiangyue Li-Liu
Dr. Luis Emilio Rendón-Díaz-Mirón
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Paseo Cuauhnáhuac 8532
Colonia Progreso
62550 Jiutepec, Morelos, México
teléfono: + (52) (777) 3293 677, extensión 166
xli@tlaloc.imta.mx
lerendon@tlaloc.imta.mx
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